DE1769065U - Abstandschalter fuer brennstoffstaebe von kernreaktoren. - Google Patents

Description

• Abstandshalter für Brennstoffstäbe von Kernreaktoren In heterogenen Kernreaktoren ist der Kernbrennstoff bekanntlich auf eine Vielzahl von Brennstoffelementen verteilt, von denen die

  stabförmigen Elemente bevorzugt verwendet werden. In ihrer einfach-

  sten Ausführungsform bestehen sie aus oberflächengekühlten umman-

  t

  telten Zylindern, in die der Kernbrennstoff kompakt eingefüllt ist,

  im allgemeinen weisen sie jedoch zusätzlich noch einen zentralen

  Kühlkanal auf. Bei Brennstoffelementen zur Verwendung in Reaktoren mit Reaktorgefäß ist der Kernbrennstoff meistens auf eine Vielzahl von Brennstoffplatten oder-stäben verteilt, die ummantelt und im

  allgemeinen im gemeinsamen Leitrohr des Brennstoffelementes gehal-

  tert' : sind (vgl. Schnittansicht gemäß Fig. 1).

  Von den mannigfache Anforderungen, die an Brennstoffelemente gestellt werden, steht hier diejenige nach einwandfreier Abstandshaltung der einzelnen Stäbe untereinander und zum Leitrohr im Vordergrund. Eine Lösung soll dahingehend gesucht werden, daß einmal

  f

  die für die Abstandshalterung benötigte Materialmenge im Verhältnis zur Brennstoffmenge des Brennstoffelementes möglichst klein gehalten wird, um die Neutronenabsorption nicht unnötig zu erhöhen. Zum anderen soll die Ummantelung nach Möglichkeit nicht durch Schweiß-und Lötverbindungen geschwächt werden.
• Gemäß der Neuerung werden diese Forderungen auf einfache. Weise durch Verwendung eines schellenartigen Umfassungselementes mit rippenförmigen Abstandsflügeln erreicht.
• Die Zeichnung veranschaulicht eine Reihe von Ausführungsbeispielen, es zeigt Fig. 1 die bereits erwähnte grundsätzliche Anordnung von Brennstoffstäben im Leitrohr eines Brennstoffelementes, Fig. 2 ausschnittsweise in Seitenansicht einen einzelnen Brennstoffstab mit Abstandshalter, mit zwei zugehörenden Schnittansichten 2a, 2b, Fig. 3 ein sechskantiges Brennstoffelement ausschnittsweise im Waagrechtschnitt, mit Brennstoffstäben gemäß Fig. 2, Fig.'4 ausschnittsweise in Seitenansicht zwei Brennstoffstäbe mit Doppelring-Abstandshaltern, Fig. 5 in Seitenansicht die Anordnung gemäß Fig. 4, abgewandelt, Fig. 6 ausschnittsweise in Seitenansicht einen Brennstoffstab mit gekrümmtem Abstandsflügel, Fig. 7 ausschnittsweise in Seitenansicht zwei Brennstoffstäbe mit klauenartig ausgebildetem Abstandshalter, mit der dazugehörenden Schnittansicht 7a, Fig. 8 die Anordnung gemäß Fig. 7, abgewandelt im Waagrechtschnitt, Fig. 9-ausschnittsweise in der Seitenansicht einen Brennstoffstab mit schräg gestelltem Abstandsflügel und Fig. 10 drei Brennstoffstäbe mit mehrteilig zusammengesetzten Abstandshaltern im Waagrechtschnitt.
• Der näheren Erläuterung der einzelnen Ausführungsformen sei zunächst vorausgeschickt, daß die im Leitrohr befindlichen Brennstoffstäbe bezüglich ihrer Längs-und Drehbeweglichkeit in bekannter Weise so gehalten sind, daß einerseits eine gewisse Längsausdehnung möglich ist, daß andererseits aber durch die vorbeistreichende Kühlströmung keine Drehbewegung der einzelnen Stäbe zustandekommen kann. Die für die genannten Zwecke vorgesehene Halterung ist der Übersichtlichkeit halber bei den Anordnungen gemäß den Fig. 1 bis 10 fortgelassen.
• Bei der Anordnung nach Fig. 2 ist als Abstandshalter und Umfassungselement des ummantelten Brennstoffstabes 1 der einteilige Ring 2 vorgesehen, der als schellenartiges Band um den Brennstoffstab gelegt ist. Die rippenförmigen Abstandsflügel 3 können auf verschiedene Weise gebildet werden. Wie aus den Schnittansichten gemäß Fig. 2a und 2b besonders deutlich zu erkennen ist, besitzt der einteilige Ring 2 vor der Montage einen den Brennstoffstabdurchmesser so weit überschreitenden Durchmesser, daß die Abstandsflügel 3 durch seitliches Anstauchen der die Flügel bildenden Ringzone gebildet werden können. Gemäß Fig. 2a besitzt der Ring 2 (währendder Faltung) noch

  einegewisse Lose gegenüber dem Brennstoffstab 1. In Fig. 2b (nach

  der Faltung) sitzt der Abstandshalter auf dem Brennstoffstab schrumpfähnlich fest. fest.
• Durch die Faltung erhält der Abstandshalter zugleich eine große Steifheit und Festigkeit, so daß die Halterdicke mit Rücksicht auf den Måterialverbrauch und die Kühlquerschnittsverengung klein gehalten werden kann. Der Festsitz bleibt auch bei wechselnder Temperatur des Kühlmittels bestehen, weil die Ausdehnung des an der Peripherie des Brennstoffstabes liegenden Abstandshalters gegenüber dem Stab selbst immer geringer ist.
• Die Anordnung gemäß Fig. 3 zeigt'mehrere, mit Abstandshaltern gemäß Fig. 2 ausgerüstete Brennstoffstäbe im Inneren des Leitrohres 4.
• Je nach der Position des einzelnen Stabes weist der Abstandshalter eine mehr oder weniger große Zahl vbn Abstandsflügeln auf. Diese können symmetrisch, oder auch je nach Position, mit wechselnder Anzahl am einzelnen Stab angeordnet sein. Bezüglich der mit dem Bezugszeichen 5 versehenen Teile sei auf die Beschreibung im Zusammenhang mit Fig. 9 verwiesen.
• Gemäß Fig. 4 bestehen die Umfassungselemente aus zwei Ringen, die durch die senkrecht daran befestigten Querstege 6 (als Abstandsflügel) zu einer baulichen Einheit vereinigt sind. Aus der Darstellung geht zugleich hervor, daß die Abstandshalter benachbarter Stäbe niveaumäßig gegeneinander versetzt sein können. Auf diese Weise vermeidet man örtlich allzu konzentrierte Querschnittsverengungen für das Kühlmittel.
• Die gleichen Gesichtspunkte treffen auch für die in Fig. 5 dargestellte Anordnung zu, die sich von derjenigen nach Fig. 4 dadurch unterscheidet, daß einer der durchgehenden Querstege durch die kurzen abgewinkelten Fahnen 7 ersetzt ist.
• Zur Verbesserung der gegenseitigen Berührung und Abstützung kann man den Abstandsflügeln eine Wölbung geben, die quer zur Achse des einzelnen Brennstoffstabes gerichtet ist. Ein Ausführungsbeispiel hierzu zeigt Fig. 6.
• Eine zusätzliche Verbesserung erzielt man gemäß Fig. 7,7a, wenn man die gewölbten Abstandsflügel an ihrer oberen und unteren Kante sowie im Mittelteil gegenüber den dazwischenliegenden Teilen überhöht bzw. so formt, daß sie bei der Berührung den Nachbarstab entlang der gesamten Berührungskante klauenartig umfassen. Besonders ausgeprägt ist die klauenartige Umfassung bei der Abstandshalterausbildung gemäß Fig. 8. Hier weisen die die Abstandsflügel darstellenden Querstege quer zur Elementenachse abgewinkelte Fahnen 8 auf. Mit der dadurch gebildeten Klaue stützen sie den Brennstoffstab gegen den Nachbarstab ab.
• Eine gut an Auskehlungen anschmiegsame Abstandshaltung bietet die Ausführungsform gemäß Fig. 9, bei der der Abstandsflügel 9-schräg zur Stabachse an die entsprechenden Halteringe angesetzt ist. Auskehlungen der erwähnten Art bilden beispielsweise die inneren Kanten des sechskantigen Leitrohres gemäß Fig. 3. Die dort mit dem Bezugszeichen 5 versehenen Teile stellen die hier mit bezeichneten schräg gestellten Abstandsflügel dar. Es empfiehlt sich der besseren Auflage wegen, die oberer Kante der schräg stehenden Abstandsflügel bogenförmig zu erhöhen.
• Bei den bisher erläuterten Ausführungsformen der Abstandshalter war angenommen, daß der die Abstandsflügel tragende Ring aus einem ungeteilten Stück besteht und nach Möglichkeit auf dem Brennstoffstab durch Stauchung aufgeschrumpft wird. Man kann aber auch die Abstandshalter mehrteilig ausbilden, so daß sie aus Einzelsegmenten zusammensetzbar sind und an den Trennfugen verlötet bzw. verschweißt werden können. Die Anordnung nach Fig. 10'zeigt ein Ausführungsbeispiel hierzu, bei dem die Abstandsstücke 10 zugleich als gemeinsamen Abstandsflügel zweier benachbarter Elemente benutzt sind.

  Der. Geometrie der Grundrißanordnung gemäß Fig.'10 folgend lassen

  sich mit Abstandshaltern-der dargestellten Art beispielsweise bei

  Brennstoffelementen mit kreisförmigem Leitrohr die auf konzentrischen

  Kreisen sitzenden Brennstoffstäbe jeweils zu einem zusammenhängenden Brennstoffsatz vereinigen. Durch Ineinanderfügen solcher Brennstoffsätze läßt sich dann in, einfacher Weise die Brennstoffüllung eines Brennstoffelementes aufbauen.
• Sollte die Spaltkorrosion zwischen Umfassungselement und Brennstoffstabhülle von Bedeutung sein,. ersetzt man die Schrumpfve'rbindung zweckmäßig durch eine Lötverbindung, die zugleich im Betrieb den Temperatursprung von innen nach außen vermindert.
• 8 Schutzansprüche 10 Figuren

Claims (1)

1. Schutzansprüche 1. Abstandshalter für Brennstoffstäbe in Brennstoffelementen von Kernreaktoren, gekennzeichnet durch ein schellenartiges Umfassungselement mit rippenförmigen Abstandsflügeln.

   2. Abstandshalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Umfassungselement ein einteiliger Ring mit einem den, Stabdurchmesser so-weit überschreitenden Durchmesser benutzt ist, daß die Abstandsflügel durch seitliches Anstauchen der die Flügel bildenden Ringzone bildbar sind.

   3. Abstandshalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Umfassungselement mehrere Ringe, vorzugsweise zwei, besitzt, die durch senkrecht daran befestigte Querstege (als Abstandsflügel) zu einer baulichen Einheit vereinigt sind.

   4. Abstandshalter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsflügel gewölbt sind.

   5. Abstandshalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gewölbten Abstandsflügel an ihrer oberen und unteren Kante sowie im Mittelteil gegenüber den dazwischenliegenden Teilen überhöht bzw. so geformt sind, daß sie bei der Berührung den Nach- barstab entlang der gesamten Berührungskante klauenartig umfassen. 6. Abstandshalter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsflügel quer zur Elementenachse in jeweils ent- gegengesetzte Richtung abgewinkelte Fahnen (als Halteklauen) besitzen.

   7. Abstandshalter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsflügel schräg zur Stabachse an die Halteringe angesetzt sind.

   8. Abstandshalter nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Umfassungselement und Abstandsflügel aus Einzelsegmenten zusammensetzbar sind.